(57)【要約】【課題】低い駆動電圧で駆動された圧電素子によっても、十分に液室内の液体に圧力を付与して、液室から外部に液体を移送することができる液体移送装置及び液体移送装置の製造方法を提供すること。【解決手段】液室形成工程（Ｓ２）では、圧延工程（Ｓ１）で形成されたクラッド材のステンレス材の表面に、液室１６を形成しない部分のみを覆うようにレジスト３０を形成する。その後、キャビティプレート１４をエッチングし、かつ、振動板２０ａをエッチングしない第２塩化鉄のエッチング液を、図４の矢印方向に噴霧もしくは滴下して、キャビティプレート１４の非レジスト領域をエッチングする。故に、レジスト３０の開口部の幅で且つキャビティプレート１４の厚みに対応する深さの圧力室１６が、精度よく形成される。振動板２０ａの液室１６とは反対側の面にＰＺＴ粉末を噴射して圧電素子を形成する（Ｓ５１）。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動電圧が印加されると変形する圧電素子と、その圧電素子が積層され前記圧電素子の変形によって振動する振動板と、その振動板の前記圧電素子の積層された側とは反対側に連設された液室とを備え、その液室内の液体に圧力を付与して、該液室内部から外部に液体を移送する液体移送装置において、
前記液室は、第１層と、その第１層をエッチングする条件に耐性を示し且つ前記振動板を形成する第２層とを一体に貼り合わせた積層材において、前記第１層の表面から前記第２層に到達するまで凹設されたものであることを特徴とする液体移送装置。
【請求項２】
駆動電圧が印加されると変形する圧電素子を変形させてその圧電素子に対応して設けられた液室内の液体に圧力を付与し、その液室から外部に液体を移送する液体移送装置の製造方法において、
第１層とその第１層をエッチングする条件に耐性を示す第２層とを一体に貼り合わせて積層材を形成する積層材形成工程と、
その積層材形成工程により形成された前記積層材を前記第１層のみを実質的にエッチングするエッチング条件によってエッチングし、前記液室に対応する部分の前記第１層を前記第２層が露出するまで除去して前記液室を形成すると共に、該エッチングにより前記第１層が除去された前記第２層を前記圧電素子の変形に応じて振動する振動板として形成する液室形成工程と、
その液室形成工程により形成された前記振動板の前記液室側とは反対側の面上に、前記圧電素子を形成する圧電素子形成工程とを備えていることを特徴とする液体移送装置の製造方法。
【請求項３】
駆動電圧が印加されると変形する圧電素子を変形させてその圧電素子に対応して設けられた液室内の液体に圧力を付与し、その液室から外部に液体を移送する液体移送装置の製造方法において、
第１層とその第１層をエッチングする条件に耐性を示す第２層とを一体に貼り合わせて積層材を形成する積層材形成工程と、
その積層材形成工程により形成された前記積層材の前記第２層の上面に、前記圧電素子を形成する圧電素子形成工程と、
その圧電素子形成工程により前記第２層の上面に圧電素子が形成された前記積層材を、前記第１層のみを実質的にエッチングするエッチング条件によってエッチングし、前記液室に対応する部分の前記第１層を前記第２層が露出するまで除去して前記液室を形成すると共に、該エッチングにより前記第１層が除去された前記第２層を前記圧電素子の変形に応じて振動する振動板として形成する液室形成工程とを備えていることを特徴とする液体移送装置の製造方法。
【請求項４】
前記圧電素子形成工程は、前記第２層の上面の少なくとも前記液室に対応する位置を含む領域に、前記圧電素子を構成する超微粒子を噴射、堆積させて圧電体膜を形成する圧電体膜成膜工程を備えていることを特徴とする請求項２または３に記載の液体移送装置の製造方法。
【請求項５】
前記圧電素子形成工程は、前記第２層の上面の少なくとも前記液室に対応する位置を含む領域に、前記圧電素子を構成する材料の溶液を塗布することと加熱することとを繰り返して圧電体膜を形成する圧電体膜成膜工程を備えていることを特徴とする請求項２または３に記載の液体移送装置の製造方法。
【請求項６】
前記圧電体膜成膜工程により形成された圧電体膜をアニールするアニール工程を備えていることを特徴とする請求項４または５に記載の液体移送装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体移送装置に関し、特に、積層材から形成された液室と振動板とを備え、低い駆動電圧で駆動された圧電素子によっても、十分に液室内の液体に圧力を付与して、液室から外部に液体を移送することができる液体移送装置及び液体移送装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、圧電素子によって液体を移送する装置、例えば、インクジェット記録装置に搭載されるインクジェットヘッドには各種構成のものが知られている。その一例として、特開平１１−２５４６８１号公報には、外部から供給されるインクを貯留するリザーバと、リザーバからインク供給口を介してインクが供給される圧力発生室と、圧力発生室の一面に配設された蓋材（弾性板）とを備え、圧電振動子によって弾性板を圧力発生室側に変形させることにより圧力発生室内のインクを加圧し、圧力発生室の一端側に形成されるノズル連通孔からノズル開口に流れ込んだインクをインク滴として吐出させるインクジェットヘッドとその製造方法とが記載されている（特許文献１参照。）。
【０００３】
このインクジェットヘッドの圧力発生室にはインク供給口形成基板が連設されており、このインク供給口形成基板は、第１の金属層と、第１の金属層のエッチング剤に耐蝕性を有する材料である第２の金属層と、インクに対して耐蝕性を備えた第３の金属層とを貼り合わせたクラッド材から形成されている。クラッド材のリザーバに対向する領域には、第１の金属層をエッチングにて除去し、第２の金属層と第３の金属層とからなる薄肉部が精度良く形成されている。
【０００４】
圧力発生室内のインクが加圧されると、圧力発生室のインクがリザーバに逆流してリザーバのインクの圧力を上昇させようとする。薄肉部は、リザーバに逆流したインクの圧力により弾性変形するので、リザーバの圧力上昇が回避される。これにより、リザーバを介して他の圧力発生室へ圧力変動が伝搬することを抑制でき、かかる圧力変動の影響によるインク滴の吐出特性の低下を解消している。
【０００５】
【特許文献１】
特許平１１−２５４６８１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したインクジェットヘッドでは、クラッド材によってリザーバを形成するものであり、圧力発生室を形成するものではない。一方で、低い駆動電圧で圧電素子を駆動させても良好な吐出特性を実現できるインクジェットヘッドが望まれている。弾性板を薄くするほど、弾性板の剛性を小さくでき、低い駆動電圧で、該弾性板を動作させることができる。更に、圧電振動子を薄型化すれば、印加する電圧を低下し得る。
【０００７】
薄型の圧電振動子を形成する一般的な方法では、基材となるシート材料（蓋材）上にペースト状の圧電材料をドクターブレード法またはスクリーン印刷法によって成膜形成するが、その成膜条件が厳しいことから被成膜側の材料（蓋材等）に耐熱性や耐衝撃性が要求される。故に、従来の構成或いは製造方法をそのまま適用して薄型の圧電振動子を作製することは困難であるという問題点があった。
【０００８】
本発明は、このような問題点を解消すべくなされたものであって、積層材から形成された液室と振動板とを備え、低い駆動電圧で駆動された圧電素子によっても、十分に液室内の液体に圧力を付与して、液室から外部に液体を移送することができる液体移送装置及び液体移送装置の製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成すべく、請求項１に記載の液体移送装置は、駆動電圧が印加されると変形する圧電素子と、その圧電素子が積層され前記圧電素子の変形によって振動する振動板と、その振動板の前記圧電素子の積層された側とは反対側に連設された液室とを備え、その液室内の液体に圧力を付与して、該液室内部から外部に液体を移送するものであり、前記液室は、第１層と、その第１層をエッチングする条件に耐性を示し且つ前記振動板を形成する第２層とを一体に貼り合わせた積層材において、前記第１層の表面から前記第２層に到達するまで凹設されたものである。
【００１０】
この請求項１に記載の液体移送装置によれば、液室は、第１層と、その第１層をエッチングする条件に耐性を示し且つ振動板を形成する第２層とを一体に貼り合わせた積層材において、第１層の表面から第２層に到達するまで凹設されて形成されている。この液室には、振動板が連設されている。この振動板の反対側には圧電素子が積層されている。駆動電圧が印加されると圧電素子は変形され、この圧電素子の変形によって振動板は振動される。すると、振動板に連設された液室内の液体に圧力が付与され、該液室内部から外部に液体が移送される。
【００１１】
請求項２に記載の液体移送装置の製造方法は、駆動電圧が印加されると変形する圧電素子を変形させてその圧電素子に対応して設けられた液室内の液体に圧力を付与し、その液室から外部に液体を移送する液体移送装置の製造方法であり、第１層とその第１層をエッチングする条件に耐性を示す第２層とを一体に貼り合わせて積層材を形成する積層材形成工程と、その積層材形成工程により形成された前記積層材を前記第１層のみを実質的にエッチングするエッチング条件によってエッチングし、前記液室に対応する部分の前記第１層を前記第２層が露出するまで除去して前記液室を形成すると共に、該エッチングにより前記第１層が除去された前記第２層を前記圧電素子の変形に応じて振動する振動板として形成する液室形成工程と、その液室形成工程により形成された前記振動板の前記液室側とは反対側の面上に、前記圧電素子を形成する圧電素子形成工程とを備えている。
【００１２】
この請求項２に記載の液体移送装置の製造方法によれば、積層材形成工程により、第１層とその第１層をエッチングする条件に耐性を示す第２層とが一体に貼り合わされて積層材が形成される。その積層材形成工程により形成された積層材は、液室形成工程により、第１層のみを実質的にエッチングするエッチング条件によってエッチングされる。このエッチングにおいては、液室に対応する部分の第１層が、第２層が露出するまで除去され、液室が形成される。また、該エッチングにより第１層が除去された第２層が圧電素子の変形に応じて振動する振動板として形成される。そして、次に、圧電素子形成工程により、液室形成工程により形成された液室とは反対側の振動板の面上に圧電素子が形成される。
【００１３】
請求項３に記載の液体移送装置の製造方法は、駆動電圧が印加されると変形する圧電素子を変形させてその圧電素子に対応して設けられた液室内の液体に圧力を付与し、その液室から外部に液体を移送する液体移送装置の製造方法であり、第１層とその第１層をエッチングする条件に耐性を示す第２層とを一体に貼り合わせて積層材を形成する積層材形成工程と、その積層材形成工程により形成された前記積層材の前記第２層の上面に、前記圧電素子を形成する圧電素子形成工程と、その圧電素子形成工程により前記第２層の上面に圧電素子が形成された前記積層材を、前記第１層のみを実質的にエッチングするエッチング条件によってエッチングし、前記液室に対応する部分の前記第１層を前記第２層が露出するまで除去して前記液室を形成すると共に、該エッチングにより前記第１層が除去された前記第２層を前記圧電素子の変形に応じて振動する振動板として形成する液室形成工程とを備えている。
【００１４】
この請求項３に記載の液体移送装置の製造方法によれば、積層材形成工程により、第１層とその第１層をエッチングする条件に耐性を示す第２層とが一体に貼り合わされて積層材が形成される。そして、圧電素子形成工程により、積層材形成工程により形成された積層材の第２層の上面に圧電素子が形成される。その後、第２層の上面に圧電素子が形成された積層材が、液室形成工程により、第１層のみを実質的にエッチングするエッチング条件によってエッチングされる。このエッチングにおいては、液室に対応する部分の第１層が、第２層が露出するまで除去され、液室が形成される。また、該エッチングにより第１層が除去された第２層が、圧電素子の変形に応じて振動する振動板として形成される。
【００１５】
請求項４に記載の液体移送装置の製造方法は、請求項２または３に記載の液体移送装置の製造方法において、前記圧電素子形成工程は、前記第２層の上面の少なくとも前記液室に対応する位置を含む領域に、前記圧電素子を構成する超微粒子を噴射、堆積させて圧電体膜を形成する圧電体膜成膜工程を備えている。
【００１６】
請求項５に記載の液体移送装置の製造方法は、請求項２または３に記載の液体移送装置の製造方法において、前記圧電素子形成工程は、前記第２層の上面の少なくとも前記液室に対応する位置を含む領域に、前記圧電素子を構成する材料の溶液を塗布することと加熱することとを繰り返して圧電体膜を形成する圧電体膜成膜工程を備えている。
【００１７】
請求項６に記載の液体移送装置の製造方法は、請求項４または５に記載の液体移送装置の製造方法において、前記圧電体膜成膜工程により形成された圧電体膜をアニールするアニール工程を備えている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施例について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施例である製造方法により製造された本発明の一実施例の圧電式インクジェットヘッド６を示す外観斜視図である。
【００１９】
図１に示すように、圧電式インクジェットヘッド６は、積層構造を有しており、最上層から下方層に向かって、圧電素子２０ｂ、振動板２０ａ、キャビティプレート１４、スペーサプレート１３、マニーホールドプレート１１，１２、ノズルプレート４３となるように形成されている。
【００２０】
圧電素子２０ｂと振動板２０ａとにより圧力付与部材２０が形成され、キャビティプレート１４、スペーサプレート１３、マニーホールドプレート１１，１２、ノズルプレート４３によりインク貯留部１０が形成されている。
【００２１】
インク貯留部１０を構成する各プレート１１，１２，１３，１４，４３は、５０μｍ〜１５０μｍ程度の厚さである。
【００２２】
ノズルプレート４３は、インク貯留部１０の最下層を形成する合成樹脂製の板状部材である。このノズルプレート４３には、微小径のインク吐出用のノズル５４が、当該ノズルプレート４３における長辺方向（第１の方向）に沿って２列の千鳥配列状に設けられている。ノズル５４は、微小ピッチｗの間隔でノズルプレート４３に多数個穿設されている。
【００２３】
マニホールドプレート１１は、ノズルプレート４３の上面に積層される板状部材である。マニホールドプレート１１の上面には、上向き開放するようにマニホールド室１１ａが凹設されている。
【００２４】
マニホールドプレート１２は、マニホールドプレート１１の上面に積層される板状部材である。このマニホールドプレート１２には、インク通路としての一対のマニホールド室１２ａ，１２ａが、ノズル５４の列の両側に沿って延びるように穿設されている。各マニホールド室１２ａは、マニホールド室１１ａとほぼ同じ位置にて、平面視形状で略同じ形状で設けられている。これにより、両マニホールド室１１ａ，１２ａが一体となって１つのマニホールド室を形成している。また、各マニホールド室１２ａは、プレートの平面視において、後述する液室１６の列と重なり且つその列方向に延びている。
【００２５】
キャビティプレート１４は、スペーサプレート１３を挟んで、マニホールドプレート１２の上方に積層されるものであり、インク貯留部１０の最上層の板状部材である。このキャビティプレート１４には、その長辺方向（第１の方向）に沿う中心線に沿って、多数個の液室１６が穿設されている。このため、各プレート１１，１２，１３，１４が積層された状態で、各液室１６の上面部（スペーサプレート１３と反対側の面）は、開口した状態となる。
【００２６】
この液室１６は、上記中心線を基準として左右に一列ずつ配列されている。一方の列の液室１６は、他方の列の液室１６と長手方向に交互に配置され、それぞれ、中心線に対して直交する第２の方向（短辺方向）に延びる細長い形状を有している。
【００２７】
各液室１６の先端１６ａは、前記ノズルプレート４３におけるノズル５４に、スペーサプレート１３及びマニホールドプレート１１，１２のそれぞれに穿設されている微小径の貫通孔１７を介して連通している。一方、各液室１６の他端１６ｂは、スペーサプレート１３における左右両側部位に穿設された貫通孔１８を介して、マニホールドプレート１１，１２におけるマニホールド室１１ａ，１２ａに連通している。なお、液室１６の他端１６ｂは、キャビティプレート１４の下面側にのみ開口するように凹み形成されているものである（図３（ｂ）の拡大図参照）。また、キャビティプレート１４、スペーサプレート１３および振動板２０ａの一端部であって各プレート１３，１４，２０において積層方向に同じ位置には、マニホールド室１２ａ，１２ａに連通する供給孔１９，１９ａ，１９ｂが穿設されている。
【００２８】
これにより、インクカートリッジから供給されるインクは、供給孔１９，１９ａ，１９ｂを介して前記左右両マニホールド室１１ａ，１１ａ，１２ａ，１２ａ内に流入し、更に、各貫通孔１８を通って各液室１６内に分配される。そして、この各液室１６内から貫通孔１７を通って、当該液室１６に対応するノズル５４に至るという構成になっている（図２参照）。
【００２９】
圧力付与部材２０は、インク貯留部１０に設けられた液室１６の容積を変化させるためのものであり、電圧が印加されると動作する圧電アクチュエータである。この圧力付与部材２０は、インク貯留部１０の上面（インク貯留部１０の最上層の板状部材、キャビティプレート１４の上面）に積層されており、全ての液室１６の上面の開口を被覆する長方形の形状を有している。この圧力付与部材２０は、金属製の板状部材（板状金属部材）である振動板２０ａと、その振動板２０ａの片面側（インク貯留部１０側とは反対側）に設けられた圧電素子２０ｂとの２層構造となっている。
【００３０】
圧電素子２０ｂは、振動板２０ａ上に成膜され、振動板２０ａを変形させるための応力発生源である。この圧電素子２０ｂは、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体であり強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛（以下「ＰＺＴ」と称す）を主成分として形成されている。その膜厚は、略１０μｍである。強誘電体であるＰＺＴは、電圧の印加により一方向に分極され、印加電圧をオフした後も、分極が残る（残留分極）物質である。また分極処理が行われたＰＺＴに電圧を印加すると、歪みが発生する。本実施例では、ＰＺＴの分極方向が振動板２０ａの面に対して垂直な方向となるように分極処理を施している。
【００３１】
振動板２０ａの厚み（剛性）に対して、圧電素子２０ｂの厚みには最適範囲がある。振動板２０ａの厚みが厚い（剛性が高い）ほど、振動板２０ａを変形させるためには、大きな力が必要となる。圧電素子２０ｂの厚みを大きくすると、同じ電界強度ならば発生する力を増大させることができるが、駆動電圧を高くする必要がある。
【００３２】
一方、従来の圧電アクチュエータにおいては、例えば数十μｍ以上の厚膜の圧電素子が用いられており、かかる厚みの圧電素子は、ペースト状のＰＺＴをドクターブレード法またはスクリーン印刷法によりＰＺＴのグリーンシートを形成し、焼成することにより形成されている。この方法では、数μｍから略１０μｍ程度の圧電素子を形成することは困難で、駆動電圧を高くする必要がある。また、化学蒸着法やスパッタ法は、１μｍ程度の膜を形成する方法で、本実施例に適用不能ではないが、十分な応力を発生するには、以下の方法が好適である。
【００３３】
そこで、本実施例の圧電素子２０ｂは、後述するエアロゾルデポジション法（以下単に「ＡＤ法」と称す）（Ｓ５１）、ゾルゲル法（Ｓ５２）の内のいずれかの方法で形成されている（図４〜図６参照）。
【００３４】
尚、振動板２０ａは、後述するようにキャビティプレート１４と一体のクラッド材によって構成されるため、キャビティプレート１４全面を覆う大きさであるが、圧電素子２０ｂは、図示の実施例では全液室１６に対応する領域にのみ形成されている。また、圧電素子２０ｂは各液室１６毎あるいは振動板２０ａの全面に形成することもできる。
【００３５】
圧電素子２０ｂの上面（振動板２０ａと反対側の面）には、各液室１６に対応する箇所ごとに、細幅の個別電極２４が、第１の方向（長辺方向）に沿って列状に形成されている（図１において（ａ）で示す拡大図参照）。各個別電極２４は、圧電素子２０ｂの中央部から、第１の方向と直交する第２の方向に延出された短冊状に形成されている。実施例においては、前記各個別電極２４の幅寸法は対応する液室１６における平面視での幅より少し狭く設定されている。
【００３６】
振動板２０ａは導電性金属材料で形成され、個別電極２４とで圧電素子２０ｂを挟み込む構成となって、全ての液室１６に対して共通のコモン電極となる。
【００３７】
圧力付与部材２０の上側には、フレキシブルフラットケーブル４０が重ねられる。このフレキシブルフラットケーブル４０には、各個別電極２４のそれぞれに独立に接続される配線パターン（図示せず）が形成され、各個別電極２４は、該配線パターンを介して電源および信号源に電気的に接続される。
【００３８】
フレキシブルフラットケーブル４０を介して全ての個別電極２４と振動板２０ａとの間に、通常の吐出動作時よりも高い電圧を印加すると、圧電素子２０ｂにおいて、個別電極２４と振動板２０ａとの間に挟まれた部分が分極処理される。これにより、圧電素子２０ｂの分極処理された部分に、吐出動作のための電圧を印加したときに歪みの発生する活性部が形成される。
振動板２０ａおよびキャビティプレート１４は、あらかじめ貼り合わされ一体化された板状金属部材、即ち、積層材（クラッド材）となっている。クラッド材の第１の金属部材、即ち振動板２０ａは、１０μｍ〜５０μｍ厚みの金属の圧延シートで形成されるものであり、本実施例では、５０μｍ厚みのものが用いられている。クラッド材の第２の金属部材、即ち、キャビティプレート１４には、液室１６がエッチングによって形成されている。
【００３９】
振動板２０ａとキャビティプレート１４とが一体のため、キャビティプレート１４をエッチングする一方、振動板２０ａをそのエッチングに対し耐性を有するものとするべく、振動板２０ａとキャビティプレート１４との組み合わせは、液室１６形成時に用いられるエッチング液に対する溶解度を基準に選択されている。例えば、振動板２０ａがチタンで形成されている場合には、キャビティプレート１４は、ステンレス、アルミニウム、ニッケルのいずれかで形成されている。
【００４０】
また、これ以外に、振動板２０ａとキャビティプレート１４との材質の組み合わせについては、おおよそ、金属のイオン化傾向または腐食電位を目安として選択されてもよく、（異種金属接触腐食を考慮しつつ）両者を比較した場合にイオン化傾向の大きいもの、つまり腐食電位の低いものをキャビティプレート１４とし、イオン化傾向の小さいもの、つまり腐食電位の高いものを振動板２０ａとして用いてもよい。
【００４１】
各液室１６は、キャビティプレート１４をエッチング液でエッチングすることにより、一端をキャビティプレート１４の表面に開口すると共に、その開口と反対側を振動板２０ａに閉塞された凹状に形成される。つまり、液室１６の深さ（積層方向の高さ）を、キャビティプレート１４の厚みと同じとする深さ方向の精度に優れた液室１６が形成されることとなる。
【００４２】
尚、本実施例では、ノズルプレート４３を除く各プレート１１〜１３に用いられる板状金属部材としては、例えば、ステンレス、ニッケル合金などが用いられ、エポキシ系樹脂の接着剤または拡散接合により接合されている。
【００４３】
このように構成された圧電式インクジェットヘッド６に、フレキシブルフラットケーブル４０を介して任意の個別電極２４に電圧を印加する（個別電極２４を正極、振動板２０ａを接地極とする）と、分極方向と同方向に電界が形成される。そして、電圧が印加された個別電極２４の直下に形成されている活性部が選択的に駆動され、該活性部は、分極方向と直角方向に収縮する。このとき、振動板２０ａは縮まないので、振動板２０ａと圧電素子２０ｂとは、振動板２０ａ側、即ち、液室１６側に凸となるように湾曲する。
【００４４】
このため、所定の液室１６が選択的に加圧され、該液室１６の容積が低下する。すると、該液室１６内のインクの圧力が上昇し、その圧力が、対応するノズル５４に伝播されて、インク滴が吐出される。電圧の印加が停止されれば、湾曲した圧電素子２０ｂと振動板２０ａとは元の状態に戻って、液室１６の容積が元に戻る。液室１６は減圧状態となるので、インク供給側（インクカートリッジ）からインクを吸引する。これにより、圧電式インクジェットヘッド６の状態は、インク吐出前の状態に復帰する。
【００４５】
尚、圧電式インクジェットヘッド６に保持されているインク（吐出前のインク）には、吐出方向とは反対側に作用する負圧が作用している。このため、電圧が印加されていない状態で、下向きに開口したノズル５４からインクが吐出されることはなく、ノズル５４まで誘導されたインクには、メニスカスが形成されている。
【００４６】
次に、図４から図６を参照して、上記のように構成された圧電式インクジェットヘッド６の製造方法について説明する。
【００４７】
図４は、本発明の実施の形態の１つである圧電式インクジェットヘッド６の製造方法（製造工程）を示した図である。圧電式インクジェットヘッド６は、圧延工程（Ｓ１）、液室形成工程（Ｓ２）、プレス工程（Ｓ３）、マスク工程（Ｓ４）、ＰＺＴ成膜工程（Ｓ５）、アニール工程（Ｓ６）、電極印刷工程（Ｓ７）、分極工程（Ｓ８）、組立工程（Ｓ９）の各工程を順に経て製造され、完成に至る。
【００４８】
圧延工程（Ｓ１）は、圧電式インクジェットヘッド６の振動板２０ａとキャビティプレート１４とを形成するためのクラッド材を製造する工程である。この圧延工程（Ｓ１）では、キャビティプレート１４を形成するためのステンレス材と振動板２０ａを形成するためのチタン材とが圧延により貼り合わされる。
【００４９】
液室形成工程（Ｓ２）は、クラッド材のキャビティプレート１４をエッチングして液室１６を形成する工程である。この液室形成工程（Ｓ２）では、クラッド材のステンレス材の表面に、液室１６を形成しない部分のみを覆うようにレジスト３０を形成する。その後、キャビティプレート１４をエッチングし、かつ、振動板２０ａをエッチングしない第２塩化鉄のエッチング液を、図４の矢印方向に噴霧もしくは滴下して、キャビティプレート１４の非レジスト領域（レジスト３０の形成されていない部分）をエッチングする。これにより、レジスト３０の開口部（非レジスト領域）の幅で且つキャビティプレート１４の厚みに対応する深さの液室１６が、精度よく形成される。レジスト３０は、エッチング終了後に除去される。
【００５０】
プレス加工工程（Ｓ３）は、プレスにより打ち抜き加工を行う工程である。このプレス加工工程（Ｓ３）により、振動板２０ａとキャビティプレート１４との所定の場所にインク供給孔１９，１９ａが穿設される。
【００５１】
マスク工程（Ｓ４）は、次に実行されるＰＺＴ成膜工程（Ｓ５）において圧電素子２０ｂが形成されない部分のマスキングを行う工程である。このマスクを経て圧電素子２０ｂが成膜されるので、振動板２０ａの全面ではなく、必要な部分、即ち、キャビティプレート１４の液室１６の形成された領域に対応する部分にのみ、圧電素子２０ｂを形成することができる。
【００５２】
ＰＺＴ成膜工程（Ｓ５）は、振動板２０ａの上面に、圧電素子２０ｂを形成するための処理である。このＰＺＴ成膜工程（Ｓ５）では、ＡＤ法（Ｓ５１）またはゾルゲル法（Ｓ５２）のいずれかの方法によって、緻密な略１０μｍの厚さの圧電素子２０ｂが成膜される。このＰＺＴ成膜工程（Ｓ５）のＡＤ法（Ｓ５１）およびゾルゲル法（Ｓ５２）について、図５と図６とを参照して説明する。
【００５３】
図５は、ＰＺＴ成膜方法の１つであるＡＤ法（Ｓ５１）を説明する図である。ＡＤ（Ｓ５１）法は、サブμｍの直径のＰＺＴ微粒子をガス流に乗せて被着体に吹き付け、被着体表面に結合させる成膜方法である。図５に示すように、ＰＺＴ粉末は、タンク１２０に収蔵され、ガスボンベ１２４の駆動によってチューブ１２３を介して供給された圧縮ガスによって舞上がり、圧縮ガスを媒体として、貫通口１２５からチューブ１２７経由で成膜室１３０へ輸送される。このとき輸送媒体として用いるガスは、ヘリウムガス、窒素ガスなどである。
【００５４】
成膜室１３０は、振動板２０ａにＰＺＴ粉末を噴射するための室である。この成膜室１３０の天井部には、タンク１２０からチューブ１２７を介して供給されたＰＺＴ粉末を下方に向かって噴射するノズル部材１３２が備えられている。
【００５５】
ノズル部材１３２の下方であって、その対向する位置には、液室形成工程（Ｓ２）で液室１６が形成されたキャビティプレート１４と一体化されている振動板２０ａ（クラッド材）が設置される設置台（非図示）が設けられている。この設置台はノズル部材１３２と対向する方向と直角な水平面に沿って即ちＸ−Ｙ方向に移動可能に構成されている。クラッド材は、振動板２０ａ側がノズル部材１３２に対向するように設置台に設置される。
【００５６】
この成膜室１３０には、その内部を脱気するための真空ポンプ１３３が接続されている。ＰＺＴ粉末の噴射時には、この真空ポンプ１３３によって、成膜室１３０内は所定の圧力に減圧されている。
【００５７】
タンク１２０から輸送されたＰＺＴ粉末は、高速で、ノズル部材１３２から被着体である振動板２０ａ上に噴射される。噴射されたＰＺＴ粉末の運動エネルギーは、振動板２０ａに衝突することによって熱エネルギーに変換され、その熱エネルギーによって粒子同士が一体化され、振動板２０ａの面上に圧電素子２０ｂが形成される。設置台に設置されたクラッド材は、Ｘ−Ｙ方向に搬送される。これにより、振動板２０ａの面上に、まんべんなくＰＺＴ粉末が噴射され、振動板２０ａ上のマスキングされていない部分に、均一で緻密な圧電素子２０ｂが形成される。
【００５８】
ＡＤ法（Ｓ５１）は、高速でＰＺＴ粉末を被着体に噴射する必要があるので、被着体には強い衝撃力が加わる。本実施例の圧電式インクジェットヘッド６の製造方法では、クラッド材から形成された振動板２０ａ上にＰＺＴを成膜するので、振動板２０ａ単体の状態ではなく、振動板２０ａとキャビティプレート１４とが一体化されて剛性の高い被着体に圧電素子２０ｂを成膜することができる。故に、振動板２０ａが１０μｍ〜５０μｍ厚といった薄型のものであっても、ＰＺＴ噴射時の衝撃力に十分に耐えることができる。
【００５９】
図６は、ＰＺＴ成膜方法の１つであるゾルゲル法（Ｓ５２）を説明する図である。ゾルゲル法（Ｓ５２）は、圧電素子２０ｂを形成可能な金属成分の水酸化物の水和錯体、すなわちゾルを脱水処理してゲルとし、このゲルを加熱焼成して無機酸化物を調整する方法である。
【００６０】
このゾルゲル法（Ｓ５２）により圧電素子２０ｂを形成するには、まず、ＰＺＴ膜を形成可能なチタン、ジルコニウム、鉛、さらには他の金属成分それぞれのアルコキシドに水、アルコールを加えて（加水分解し）、ＰＺＴ前駆体溶液を調整する。調整されたＰＺＴ前駆体溶液は、ゾル組成物となる。
【００６１】
そして、ＰＺＴ前駆体溶液スピンコート工程（Ｓ５２１）において、ＰＺＴ前駆体溶液を振動板２０ａ上にスピンコートする。ここで、ＰＺＴ前駆体溶液は、クラッド材から形成された振動板２０ａ上に、塗布される。尚、塗布方法は、スピンコート以外に、通常行われている方法、例えば、ディップコート、ロールコート、バーコート、スクリーン印刷等によって行ってもよい。
【００６２】
塗布されたＰＺＴ前駆体溶液は、乾燥工程（Ｓ５２２）において、７５℃〜２００℃で５分間乾燥し、溶媒を蒸発させる。この乾燥（加熱）された膜上に、ＰＺＴ前駆体溶液をさらに塗布して膜厚を厚くすることもできる。
【００６３】
乾燥工程の後は、形成された膜を、焼成工程（Ｓ５２３）において焼成する。この焼成工程は、ゾル組成物の膜をゲル化し、かつ膜中から有機物を除去するのに十分な温度で、十分な時間加熱が行われる。本実施例では、焼成温度を３５０〜４５０℃として、５分間焼成が行われる。このＰＺＴ前駆体溶液スピンコート工程（Ｓ５２１）、乾燥工程（Ｓ５２２）、焼成工程（Ｓ５２３）の各工程を所定回数、例えば４回以上繰り返して必要厚みの圧電体前駆体膜を積層する。これらの乾燥と脱脂処理により、溶液中の金属アルコキシドは、金属、酸素、金属のネットワークを形成する。
【００６４】
その後、プレアニール工程（Ｓ５２４）において、圧電体前駆体膜のアニール処理を行う。プレアニール処理は、圧電体前駆体膜を熱処理により結晶化させる工程である。該工程（Ｓ５２４）において、圧電体前駆体膜を酸素雰囲気下において、７００℃で１分間焼成する。これにより、圧電体前駆体膜は、ペロブスカイト結晶構造の金属酸化膜からなる膜に変換され、圧電素子２０ｂが形成される。
【００６５】
ゾルゲル法（Ｓ５２）では、繰り返して熱処理を行う必要がある。このため、１０μｍ〜５０μｍ厚みの振動板２０ａに圧電素子２０ｂを形成する場合には、振動板２０ａとの熱膨張率の相違からカールの発生が懸念される。しかし、本実施例の圧電式インクジェットヘッド６の製造方法では、振動板２０ａ単体の状態ではなく、キャビティプレート１４と一体化された振動板２０ａ上に圧電素子２０ｂを形成することができる、即ち、キャビティプレート１４で補強され剛性が高められた状態の振動板２０ａ上に圧電素子２０ｂを形成することができるので、振動板２０ａが１０μｍ〜５０μｍ厚といった薄型のものであっても、カールの発生を抑制できる。
【００６６】
工程内部品にカールや変形が生じると、その取り扱いが煩雑となる。また、カールや変形の修正を行いつつ組み立てなどを行わなくてはならず、生産効率を低下させる。更に、カールなどが著しい場合には、製品として取り扱えない不良品となる。しかし、本実施例の製造方法においては、カールや変形を抑制でき、良好な製品を歩留まり良く製造することができる。
【００６７】
図４に戻って説明する。アニール工程（Ｓ６）は、ＰＺＴ成膜工程（Ｓ５）で作製された圧電素子２０ｂを形成するＰＺＴの結晶を成長させるための工程であり、高温での熱処理が行われる。ＰＺＴの成膜方法に応じてアニール条件は設定される。例えば、ＡＤ法（Ｓ５１）で作製された場合には、６００℃〜７５０℃で１時間程度、熱処理される。ゾルゲル法（Ｓ５２）で作製された場合には、ＲＴＡ炉を用いると、６００℃〜１２００℃で０．１〜１０分程度で熱処理される。
【００６８】
本実施例においては、アニール工程（Ｓ６）へ搬入される工程内部品は、上記のとおり剛性を高めているので、アニール工程（Ｓ６）において高温の熱処理を行っても、部材の脱離や変形などが発生することはない。
【００６９】
電極印刷工程（Ｓ７）は、圧電素子２０ｂの上面に、個別電極２４を形成する工程である。個別電極２４は、各液室１６のそれぞれの位置に対応つけてパターンニングされたマスクを圧電素子２０ｂの上面に合わせ、マスクの上から電極ペーストを印刷する。各液室１６の上面に対応する位置に印刷されたペーストは、所定条件で乾燥した後に焼成して金属層とする。
【００７０】
分極工程（Ｓ８）は、圧電素子２０ｂを分極するための工程である。この分極工程（Ｓ８）では、フレキシブルフラットケーブル４０を圧電素子２０ｂの上部に装着し、電極印刷工程（Ｓ７）で形成された個別電極２４のそれぞれと、各個別電極２４に対応するフレキシブルフラットケーブル４０の配線パターンとを導通する。そして、個別電極２４を正極、振動板２０ａを接地極として、インク吐出動作時よりも高い電圧を圧電素子２０ｂに印加する。これにより、圧電素子２０ｂは、振動板２０ａの面に対して垂直な方向、即ち、圧電素子２０ｂの厚み方向に分極処理が施される。また、分極方向は、圧電素子２０ｂの上面から振動板２０ａ側に向かう方向となる。これにより、圧電素子２０ｂにおいて、個別電極２４の形成された（電圧の印加された）部分に、圧電体として機能する活性部が形成される。
【００７１】
組立工程（Ｓ９）は、分極工程（Ｓ８）において、分極処理の施された圧力付与部材２０が積層されたキャビティプレート１４と、インク貯留部１０を形成する他の部品とを接着剤によって接合する工程である。尚、他の部分には、あらかじめマニホールド、連通孔等がエッチング等で加工されている。これにより、インク貯留部１０に圧力付与部材２０が積層された圧電式インクジェットヘッド６が完成する。完成した圧電式インクジェットヘッド６は、インクジェット記録装置１００の本体に搭載される。
【００７２】
以上説明したように、本実施例の圧電式インクジェットヘッド６およびその製造方法では、振動板２０ａとキャビティプレート１４とは、それぞれエッチングに対する耐性が異なる金属圧延シートからなるクラッド材で形成されているので、液室１６をエッチングで精度よく形成することができ、その結果、製造された圧電式インクジェットヘッド６の記録特性を向上させることができる。
【００７３】
また、振動板２０ａとキャビティプレート１４とをクラッド材から形成するので、ＰＺＴ成膜工程（Ｓ５）やアニール工程（Ｓ６）での処理に十分耐えることができ、薄型の圧電素子２０ｂを有する圧電式インクジェットヘッド６を製造することができる。
【００７４】
以上、実施例に基づいて本発明を説明したが、本発明は、上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。
【００７５】
例えば、本実施例においては、第１金属圧延シート（キャビティプレート１４）をステンレスとし、第２金属圧延シート（振動板２０ａ）をチタンとするクラッド材を、第２塩化鉄のエッチング液でエッチングして液室１６を形成した。これに代えて、第１金属圧延シートにアルミニウムを用いても良い。また、第１金属圧延シートをチタンとし、第２金属圧延シートをステンレスとするクラッド材を、フッ化水素酸でエッチングして液室１６を形成しても良い。
【００７６】
更に、第１金属圧延シートをニッケルとし、第２金属圧延シートをチタンとするクラッド材を、塩化第２鉄の添加された塩酸でエッチングして液室１６を形成しても良い。
【００７７】
また、本実施例の圧電式インクジェットヘッド６の振動板２０ａとキャビティプレート１４とを形成する積層材には、金属圧延シートが貼り合わされたクラッド材を用いた。しかし、積層材は金属に限られるものでなく、エッチング特性の異なるものを積層した各種の積層体を適宜用いることができる。例えば、エッチング特性の異なるガラス材料やセラミクス材料が貼り合わされた（一体焼結された）積層材を用いても良い。また、ガラス材料と金属材料、或いは、セラミクス材料と金属材料とが陽極接合や焼結により貼り合わされた（接合された）積層材を用いても良い。
【００７８】
加えて、本実施例の圧電式インクジェットヘッド６の製造方法においては、液室形成工程（Ｓ２）により液室１６を形成した後に、ＰＺＴ成膜工程（Ｓ５）において圧電素子２０ｂを成膜した。これに代えて、液室形成工程（Ｓ２）に先だって、ＰＺＴ成膜工程（Ｓ５）を実行し、圧電素子２０ｂが成膜されたクラッド材をエッチングして液室１６を形成するように構成しても良い。これによれば、熱や衝撃に対する耐性がより一層向上された振動板２０ａ上に、圧電素子２０ｂを形成することができる。
【００７９】
更に、本実施例の製造方法は、予め単独の圧電式インクジェットヘッド６を形成するために所定形状に加工された板状部材を使用する場合に適用されるのみならず、１の圧電式インクジェットヘッド６を作製するための各部材がマトリクス状に連ねられた板状部材を用いて圧電式インクジェットヘッド６を製造する場合にも適用される。これによれば、複数の圧電式インクジェットヘッド６が同時に形成された一体物を得ることとなり、得られた一体物を、分極工程（Ｓ８）の後であって組立工程（Ｓ９）の前にダイシングすることにより、個別の圧電式インクジェットヘッド６とする。
【００８０】
加えて、上記実施例においては、特に言及していないが、ＰＺＴ成膜工程（Ｓ５）の前に、形成される圧電素子２０ｂと振動板２０ａとの密着性を向上させるために、振動板２０ａの清浄工程や、更にはプライマー処理を行う処理工程を設けても良い。
【００８１】
また、本実施例において、マニホールドプレート１１，１２やスペーサプレート１３を形成するための板状部材は、板状金属部材に限られるものでなく、ガラスで形成された板状ガラス部材、セラミクスで形成された板状セラミクス部材、インクに対する耐蝕性を有する樹脂で形成された板状樹脂部材などを用いても良い。尚、板状ガラス部材と板状セラミクス部材とが用いられた場合には、各板状部材はグリーンシートの状態で積層され、焼成により一体化されるため、完成体になった場合には、各板状部材は独立したものでなく、一体化されたものとなる。
【００８２】
さらに、本実施例においては、インクジェットヘッドに適用した例を用いて説明したが、本発明は圧電素子の変形により液体に圧力を付与して移送するものならば各種の装置に適用することができる。
【００８３】
【発明の効果】
請求項１に記載の液体移送装置によれば、液室は、第１層と、その第１層をエッチングする条件に耐性を示し且つ振動板を形成する第２層とを一体に貼り合わせた積層材において、第１層の表面から第２層に到達するまで凹設されて形成されている。この液室には、振動板が連設され、この振動板の反対側には圧電素子が積層されている。駆動電圧が印加されると圧電素子は変形され、この圧電素子の変形によって振動板は振動される。すると、液室内の液体に圧力が付与され、該液室内部から外部に液体が移送される。
【００８４】
よって、積層材の第１層をエッチングして液室を形成することにより、液室を、第１層の厚みで規定された深さの均一なものとすることができ、安定した液体の移送を実現できるという効果がある。圧電素子の変形によって液室の液体に圧力を付与する場合に、液室の形状や容積のばらつきによって、液室内部から外部に移送される液体の移送量にばらつきが生じる。故に、液室の形状のばらつき（の改善（深さの均一化）によって、安定した液体の移送を実現できるのである。
【００８５】
更に、振動板が、第１層によって補強された状態で振動板上に圧電素子を形成できるので、圧電素子を形成する際に応力が加わっても変形することはない。これによれば、例えば、金属薄膜を第２層とする積層材を用いて弾性板を形成しても、良好に、圧電素子の形成された液体移送装置を製造することができ、低い電圧で圧電素子を駆動させても、十分に液体を移送することのできる液体移送装置を提供することができる。
【００８６】
請求項２に記載の液体移送装置の製造方法によれば、積層材形成工程により、第１層とその第１層をエッチングする条件に耐性を示す第２層とが一体に貼り合わされて積層材が形成される。その積層材形成工程により形成された積層材は、液室形成工程により、第１層のみを実質的にエッチングするエッチング条件によってエッチングされる。このエッチングにおいては、液室に対応する部分の第１層が、第２層が露出するまで除去され、液室が形成される。また、該エッチングにより第１層が除去された第２層が圧電素子の変形に応じて振動する振動板として形成される。そして、次に、圧電素子形成工程により、液室側とは反対側の振動板の面上に圧電素子が形成される。
【００８７】
よって、液室形成工程において、第２層はエッチングのストッパとして機能するので、均質且つ精密でばらつきの小さい液室を、第１層に形成することができるという効果がある。また、圧電素子形成工程において振動板上に圧電素子を形成する場合に、振動板が第１層にて補強された状態にあるので、剛性の高められた振動板上に圧電素子を形成することができるという効果がある。このため、圧電素子を形成する際に応力が加わっても変形することがなく、振動板と液室との接合状態を保持することができるという効果がある。
【００８８】
これによれば、例えば、金属薄膜を第２層とする積層材を用いて弾性板を形成しても、良好に、圧電素子の形成された液体移送装置を製造することができ、低い電圧で圧電素子を駆動させても、十分に液体を移送することのできる液体移送装置を提供することができる。
【００８９】
請求項３に記載の液体移送装置の製造方法によれば、積層材形成工程により、第１層とその第１層をエッチングする条件に耐性を示す第２層とが一体に貼り合わされて積層材が形成される。そして、圧電素子形成工程により、積層材形成工程により形成された積層材の第２層の上面に圧電素子が形成される。その後、第２層の上面に圧電素子が形成された積層材が、液室形成工程により、第１層のみを実質的にエッチングするエッチング条件によってエッチングされる。このエッチングにおいては、液室に対応する部分の第１層が、第２層が露出するまで除去され、液室が形成される。また、該エッチングにより第１層が除去された第２層が、圧電素子の変形に応じて振動する振動板として形成される。
【００９０】
よって、圧電素子形成工程において、第２層の上面に圧電素子を形成する場合に、第２層はその下層の第１層にて補強された状態にあるので、剛性の高い状態で圧電素子を形成することができるという効果がある。このため、圧電素子を形成する際に応力が加わっても、その応力に耐えることができる。
【００９１】
更に、厳しい処理条件（有機物が分解する温度での熱処理など）を経ても第１層と第２層との接合状態を保持することができるという効果がある。また、液室の形成においては、第２層がエッチングのストッパとして機能するので、均質且つ精密でばらつきの小さい液室を第１層に形成することができるという効果がある。これによれば、例えば、金属薄膜を第２層とする積層材を用いて弾性板を形成しても、良好に、圧電素子の形成された液体移送装置を製造することができ、低い電圧で圧電素子を駆動させても、十分に液体を移送することのできる液体移送装置を提供することができる。
【００９２】
請求項４に記載の液体移送装置の製造方法によれば、請求項２または３に記載の液体移送装置の製造方法の奏する効果に加え、圧電素子形成工程は、第２層の上面の少なくとも液室に対応する位置を含む領域に、圧電素子を構成する超微粒子を噴射、堆積させて圧電体膜を形成する圧電体膜成膜工程を備えている。よって、均質で緻密な圧電体膜を振動板上に形成することができるという効果がある。また、かかる圧電体膜成膜工程では、例えば、数μｍから略１０μｍ程度の膜厚の圧電体膜の形成を良好に行うことができる。故に、低い電圧で液体の移送を実現できる液体移送装置を製造することができる。
【００９３】
請求項５に記載の液体移送装置の製造方法によれば、請求項２または３に記載の液体移送装置の製造方法の奏する効果に加えて、圧電素子形成工程は、第２層の上面の少なくとも液室に対応する位置を含む領域に、圧電素子を構成する材料の溶液を塗布することと加熱することとを繰り返して圧電体膜を形成する圧電体膜成膜工程を備えている。
【００９４】
よって、均質で緻密な圧電体膜を振動板上に形成することができるという効果がある。また、かかる圧電体膜成膜工程では、例えば、数μｍから略１０μｍ程度の膜厚の圧電体膜の形成を良好に行うことができる。故に、低い電圧で液体の移送を実現できる液体移送装置を製造することができる。
【００９５】
請求項６に記載の液体移送装置の製造方法によれば、請求項４または５に記載の液体移送装置の製造方法の奏する効果に加えて、圧電体膜成膜工程により形成された圧電体膜をアニールするアニール工程を備えている。よって、形成された圧電体膜の圧電特性を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法により製造された本発明の圧電式インクジェットヘッドを示す外観斜視図である。
【図２】圧電式インクジェットへッドの断面構造を模式的に示した図である。図２（ａ）は、図１に示したＩＩ−ＩＩ断面線における断面構造を示した図であり、図２（ｂ）は、図１に示したＩ−Ｉ断面線における断面構造を示した図である。
【図３】インク貯留部の分解斜視図である。
【図４】圧電式インクジェットヘッドの製造工程を示した図である。
【図５】ＰＺＴ成膜方法の１つであるＡＤ法を説明する図である。
【図６】ＰＺＴ成膜方法の１つであるゾルゲル法を説明する図である。
【符号の説明】
６              圧電式インクジェットヘッド（液体移送装置）
１６            液室
２０ａ          振動板
２０ｂ          圧電素子
Ｓ１            圧延工程（積層材形成工程）
Ｓ２            液室形成工程
Ｓ５            ＰＺＴ成膜工程（圧電素子形成工程）
Ｓ６            アニール工程
Ｓ５１          ＡＤ法（圧電体膜成膜工程）
Ｓ５２          ゾルゲル法（圧電体膜成膜工程）
【図１】
2005035018.tif 000003
【図２】
2005035018.tif 000004
【図３】
2005035018.tif 000005
【図４】
2005035018.tif 000006
【図５】
2005035018.tif 000007
【図６】
2005035018.tif 000008